ESD静电防护教程资料.ppt

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1、,昆山驊盛,WIESON(Kun-Shan)Co.,Ltd.,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,ESD CertificationTrainingPrepared by:jindongxuJun.13,2014,WIESON(Kun-Shan)Co.,Ltd.,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,什麽是ESD？ESD的現象ESD的基本概念ESD的特點電子工業中的靜電問題ESD對敏感電子元器件的傷害靜電防護的原理防靜電工作區（EPA）的構成與技術要求防靜電系統的檢驗與測試靜電放電模型的概述靜電防護我們應該做些什麽？,W

2、IESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,2.生活中常见的静电放电现象 握手或手接触時常被電擊一下,是由于人身帶了靜電.接触時突然放電所致 冬天脱毛衣时，有“啪啪”的声音，并伴有火花 用塑膠梳子梳理头发時，會有“啪啪”的聲音，頭髮會被吸附 在商場乘坐扶梯時，手會有被瞬間擊倒刺痛感 其它等等很多現象,ESD Training,1.什么是ESD？Electro-Static discharge 中文全称静电放电定义：电荷从一个物体到另一个物体的转移（带有不同静电电势的物体或表面之间的静电电荷转移。有两种形式：接触放电，电场击穿放电）,WIESONTechnologies Co

3、.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,2.静电的概念：靜電：一種相對穩定狀態的電荷（就是物体上多余的电荷。它所产生的效应包括带电体之间力的作用和电场）衡量靜電物理量：靜電電量：表示電荷多少的物理量，即電量，通常用“Q”表示，單位為庫倫：“C”Q=CV（C表示對大地的分佈電容，V表示對大地的電壓）,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,原子模型,物质由原子构成，他们在常态下遵守守恒定律，因此此时物质在没有其他外界因素影响下，不显示带电库伦定律：同性相斥，异性相吸,注：任何物质都是由原子组合而成，而原子的基本结构为质子、中子及电子。

4、质子与中子因质量较高，紧密结合在一起称为原子核。电子因质量甚小，环绕于原子核外。依其电气特性，将质子定义为正电，中子因不具电气特性，称不带电,电子的电气特性与质子相反,为带负电。在正常情况下，一个原子的质子数与电子数量相同，正负平衡，所以对外表现为中性不带电,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,静电荷同样会产生电场效应，即静电场也会产生磁场效应，但相较电场效应可以忽略不计。静电场的电场线起于正电荷或无穷远，终止 负电荷或无穷远，故静电场是有源场在任何两个 带电点中存在作用力:力作用在两点的直接连线方向上力的大小和电荷量的乘积成正比力的大小

5、和距离的平方成反比 静电场遵循库伦定律，当一个带电的物体靠 近另一个导体时，导体的电荷发生明显的变化，物理学中把这种现象叫做静电感应,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,靜電的產生：影响电子工业生产所涉及的起电方式主要有三種：摩擦分離起電，膠粘剝離起電，靜電感應起電。,静电的主要来源:接触+摩擦或压力+分离,“摩擦”生电,1.摩擦起電摩擦是一个不断接触和分离的过程，实质上是物体接触分离造成正负电荷不平衡的过程。當兩種具有不同的電子化學勢的材料接觸時，電子將從化學勢高的材料向化學勢低的材料轉移,WIESONTechnologies Co.,

6、Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,实验证明：表面起电临界值与空气湿度，物体表面形态，物体的绝缘程度，摩擦介质种类，摩擦速率等因素有关，一般空气湿度为70%以上时，起电现象会明显减少；物体的体积电阻率和表面电阻率分别为1*10e10m、1*10e10以上时，物体会明显地呈现起电现象绝缘物体会带较高的电位，湿度较大时，绝缘物体会呈现导体特性，但导体不会（表面会中和）,静电不是由摩擦产生的!摩擦过程增加接触面,接触产生静电(接触面越大,其产生的静电越大).许多物料的表面都不够平整或具备足够的柔性,来达到接触/分离所需要产生静电的程度.片状物和粘带具备良好的接触条件,所以较容易产生静电.除

7、了增加接触面,也可以增加分离速度.摩擦过程所产生的热能增加电荷的迁移程度.“接触生电”较“摩擦生电”的观念要正确!,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,空气中的水气增加空气的导电性，因此减少静电的积累。相对湿度越高越好（60%）高湿度对于一些考虑（如腐蚀、污染等）不利折中湿度要求 40%60%低于30%的湿度对于Class 1(100V)防御要求十分困难干燥并带杂质的空气，在高速流动下（如清洗工艺）也容易产生静电。SFI环境要求：55 10%(SFI：美国汽车零部件贸易组织）,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊

8、盛,ESD Training,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,一切活动都可能产生静电！即使在高达90%湿度下，大量的静电还是可能产生！湿度不应该作为主要的ESD控制手段！只能作为后备的“安全网”！湿度的作用类似离子风机，但效率较低。而且湿度控制的成本也相当客观,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,2.剝離起電 兩個緊密接觸的物體在外力作用下迅速分離，一些電子從一個物體轉移到另一個物體上，使兩者 都帶電。同種物質間的剝離或不同物質間的剝離都會產生靜電。现象：撕不乾膠、傳送帶,WIE

9、SONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,3.感应起电针对导电材料而言，导体靠近带电体时，由于电场的作用使导体带电,绝缘体不能够被电感生电!導體和半導體會發生感應生電,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,4.其他：斷裂起電：物質破斷后能在宏觀範圍內導致正負電荷的分離。如固體粉碎、斷裂。传导起电：针对导电材料而言，因电子能在它的表面自由流动，如 与带电物体接触，将发生电 荷转移(3)流动、热电、光电、压电等,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,Rabbit fur(兔

10、毛)Glass(玻璃)Mica(云母)Human hair(人类毛发)Nylon(尼龙)Wool(羊毛)Fur(毛皮)Lead(石墨)Silk(丝绸)Aluminum(铝)Paper(纸张)Cotton(棉花)Steel(钢材)Wood(木材)Sealing wax(封蜡/火漆)Nickel,copper,brass,silver(镍/铜/黄铜/银)Polyester(聚酯)Silicon(硅)Teflon(聚四氟乙烯),表中是电子制造业常用的材料ESD風險.,ESD Training,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,靜電的特點：小電容；高電壓；受環境影響較大

11、（濕度）；靜電場是矢量，可疊加；放電時間短（微妙/納秒）；瞬間電流很高靜電與直、交流電的區別：,ESD Training,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,濕度對靜電電壓的影響一般來說，靜電存在于物體的表面，不會造成任何的影響，,ESD Training,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD是指處於不同靜電電位兩個物体间的静电电荷的转移。这种转移的方式有多种，如接触放电、空气放电等（电荷从一个物体到另一个物体的转移即带有不同静电电势的物体或表面之间 的静电电荷转移。有两种形式：接触放电，电场击穿放电,ESD Training,

12、WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,什麽是ESD？ESD的現象ESD的基本概念ESD的特點電子工業中的靜電問題ESD對敏感電子元器件的傷害靜電防護的原理防靜電工作區（EPA）的構成與技術要求防靜電系統的檢驗與測試靜電放電模型的概述靜電防護我們應該做些什麽？,ESD Training,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,靜電放電的危害：,静电危害的方式 1.吸附尘埃 对微电子生产业影响很大，在现代大规模集成电路生产中，如果静电吸附几微米的尘埃在芯片上，会造成十几根芯线之间的绝缘阻抗，引起短路，使芯片损坏 2.静电放电 当带电物体与一些导

13、体接触时或靠得很近时，电荷会找到一条途径突然放掉，瞬间产生高电能，如途径是半导体电路，就会产生静电损坏 3.静电感应 感应放电产生的宽频带脉冲干扰可对计算机和低电平数字电路发生反转效应或导致仪器运转失常,ESD Training,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,人體對靜電電壓的感覺,ESD Training,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,静电危害的特点隐蔽性：一般情况下，人体不能直接感知2KV以下的静电放电，而接触到电子产品元器件时，会不知不觉受到伤害潜在性：有些电子元器件受到静电损伤后仅表现出某些参数的下降，或使产品出现可

14、自愈的击穿，或其他非致命的损害，但随着工作时间的延长，最终发生致命失效损坏的随机性：可能在产品从进料一直到出货的所有过程都会受到静电损坏的威胁，具有很大的随机性失效分析的复杂性：静电放电造成器件损伤的分析工作非常困难，一是需要高精密的仪器设备，二是与其他原因造成的损伤难以区分严重性：表面上看来只影响了制成品的用户，但实际上亦影响了各层次的制造商，如：维修费、赔款及公司的声誉等等以上:人体能感觉出静电存在的水平为 2000 4000 volts,但敏感器件只需 100 volts便能被损坏(大部分地区 1000 volts)2.大部分的静电破坏是潜在的,并不能够被马上识别出3.静电破坏现象有较差

15、的重复性,并且不容易模拟,ESD Training,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,静电放电的危害：案例一：2004年4月3日电 4月2日下午3时54分，位于萧山浦阳镇的杭州硅宝化工有限公司发生火灾，杭州市消防支队萧山大队火速派出五辆消防车和三个民办消防队赶赴火场。起火的是公司一个约300多平方米的仓库，里面存有大量化学原料，着火后，火势十分凶猛，十几公里以外就能看到滚滚浓烟。消防员到场后，迅速开展灭火行动，架起两架泡沫炮和三支泡沫枪实施扑救，并用水枪对化学药品进行稀释。扑救过程中，仓库内化危品桶不断发生爆炸。经过三个多小时扑救，火灾于晚7时被彻底扑灭。据消防

16、部门初步调查，火灾原因是该公司两名员工在对六甲基二硅氮烷进行倒料时产生静电，引发火灾。此次火灾过火面积300多平方米，火灾损失10余万元。（2004-04-03 10:01:56）来源 新华网浙江频道北京某航天研究所，在1992年初组装调试我国“资源卫星”上使用的一种仪器时，因人体静电放电导致2只价值6000美元的进口并遭禁运的CCD器件（一种MOS器件）失效，几乎影响卫星的发射进度。,ESD Training,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,案例二日本曾对不合格的电子产品进行过解剖分析，发现45%的不合格器件是由静电放电造成的。美国也在上世纪八十年代初作过统

17、计，它的电子工业每年由于静电造成的损失高达100亿美元。英国经过数年调查了解到，该国上世纪7080年代，每年因静电造成的电子产品损失约为20亿英磅。HP公司曾做过实验，共87pcs功能OK的IC，不做静电防护的40pcs经过人员的多次 取放后测试，仅7pcs OK，而做了静电防护的47pcs经过人员的多次取放后测试，全 部OK静电放电的危害巨大，如何预防？,ESD Training,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,四项基本技术依据：制止静电的产生（如减少移动、动作缓慢、屏蔽等）通过设计在产品中置入保护消除产生的静电控制放电的途径和速度

18、建立EPA（防靜電工作區）,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,EPA中 ESD防护的具体项目1 環境控制-地板、温湿度、工作台、工装夹具和设备、运载工具等等2 人員控制-工衣、鞋、接地、个人物品、取放等等3 包裝材料控制-原材料、周转材料、包装材料等等（选择导电性较高的材料，处理绝缘 物料，增加其表面导电性）4 人員訓練,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,接地控制：,1.接地技術基本原理 將靜電通過接地線或接地裝置傳導泄放到大地,做法 建立靜電接地系統 靜電導電材料的使用,控制原

19、理：提供放电途径，使带电物件通过放电和受保护物件达到相同电位。控制条件：接地的物件必须有足够的导电性（1012），且所有物件都须连接到同一点（至少在同一EPA中如此）。注意事项：放电速度必须得到控制，不能太快或太慢（105R109为佳）。,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,接地方式硬接地方式 又叫“硬地”，是用不具有附加电阻的設備或儀器或其他地线直接连接到電源地，电源地与公共点接点之间的电阻为0 軟接地方式 又叫“软地”，是具有内部串联电阻(典型值为1M)的地线與電源地相連,地線系統設備地線 選取標準交流插座中的第三條線(綠色或有黃色條

20、紋的綠線)作為設備地線，也是設備接地導線,輔助地線 獨立建立一個靜電地線系統，和交流地線區分開，接一個25歐姆的電阻與交流地線相連,等勢電位地線 將所有的ESD技術物品，區域內的人員和工作設備通過電氣連接到一起，使他們具有相同的電位,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,接地的佈線埋設點距離建築物2M以外直徑為20mm以上的銅塊或鋼塊埋入深度不小於0.5m可填入碳粉工業鹽等降阻劑，注意防腐蝕母線線徑不小於10mm2，幹綫直徑不小於6mm2，支線 線徑不小於2.5mm2接地主干线的连接方式应采用钎焊,所有导体必须接到同一“地”点上所有工作人员

21、必须接地，不间断的接地在处理或动ESDS器件之前，必须先做好所有接地装置，注：接地电阻：ESD放电速度必须得到控制，此考虑决定电阻的上限 低电阻威胁人体电气安全，此考虑决定电阻的下限由人体到“地”点的电阻不适于太低，应该是：500KR35M,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,隔离/屏蔽保护做法：,使所有静电源远离EPA或ESDS器件工作区（1米/1英尺)。使用具有屏蔽功能的包装或盒子来运送ESDS器件。具屏蔽功能的材料必须是：Surface resistance 104/sq 或 Volume resistance 100-cm,注：本

22、控制技术不单独使用，必须配合接地和离子中和方法！,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,在EPA范围内尽量清除所有静电源.将所有的电子器件以ESDS器件看待.在只有设置防静电保护措施的工作台处理ESDS器件.避免使ESDS器件在任何物体表面上推动摩擦.工作中任何时候都保持人员良好的接地状态(如带好防静电腕带等).如果没有使用防静电工作服,一般衣物必须有足够的距离.,尽量减少手工操作和接触ESDS器件.让ESDS器件保持在原包装内,直到组装或使用.在接触ESDS器件之前须接地放电.将所有工作范围内的物件,包括桌面、盒子、推车、工具等进行接地.

23、然后才开始工作.运送ESDS器件时,使用有足够静电保护的包装.在从包装中取出ESDS件前先触摸包装本身.,以下的做法能够协助你减少静电破坏,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,ESD工作臺由工作臺、防靜電臺墊、腕帶接頭和接地線組成在工作臺上鋪設耗散材料的防靜電工作臺墊，使用按扣式接地連接應有兩個以上的腕帶接頭，一個供操作人員用，一個供技術人員、檢驗員或管理人員用工作臺上不允許堆放塑料盒、橡皮、紙板、玻璃等易產生靜電的雜物，圖紙資料應放入防靜電文件袋

24、中如是臨時性工作臺，必須使用等電位接地,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,操作員穿防靜電服，屏蔽人體靜電佩戴防靜電手腕帶，并與靜電臺墊連接到地，保證人體靜電的釋放穿著防靜電鞋，并通過防靜電地板與地連接,工帽,口罩,防静电工作服,防静电工鞋,防静电手腕带,防静电手指套,防静电手套,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,座椅採用耗散性材料連接靜電地面或地墊與地線相連,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,选择考量和要求：人体电气安全性

25、不限制工作中所需的移动有控制性的放电耐用可靠佩戴舒适,人体安全指标=0.5mA120V应用下的最大电流=0.12mA240V应用下的最大电流=0.24mA静电腕带不适用于高压工作!,注意:1.同时使用防静电鞋和腕带会降低安全工作电压的极限.2.1M35M提供足够的空间来应付可能因腕带接触不良或系统接地电阻变高等问题.,必须同时照顾人体安全和有效的放电,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,一般为纺织结构较好的导电性能有屏蔽功能(线距离最好在5mm内)Anti-static、Dissipative或Conductive,使用要点：必须作为外套

26、，完全覆盖原有的衣物必须直接接地，或间接通过人体、腕带、鞋子接地跟随供应商建议的清洗和保养方法经常检查其性能,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,手/指套的首要作用是避免产品污染，不是防静电如需要防静电，则考虑如下参数：1.单一材料或织入导电丝线 2.1031011/sq 3.如需要可提供接地设置,市场上有大范围的电阻特性可供选择：103108-cm 注.当使用小于105-cm时注意安全与鞋带和/或防静电工衣有较大较好的接触面没有断带和接触不良的风险成本较高,防静电手/指套,防静鞋,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,

27、昆山驊盛,ESD Training,防静电桌垫(单一材料种类),寿命长(几乎永久性)不受环境湿度影响能耐磨、耐热和抗常用化学剂性能不会因磨损而降低对地的电阻随垫上的位置改变而变化体积电阻在108 1010-cm(109-cm优选),顶层(dissipative):控制放电速度避免工件短路提供耐磨性提供所需的硬度颜色选择抗腐蚀性耐热,高导电性中间层:提供较快速放电使垫上各点对地电阻差距小,底部绝缘层避免上下短路防止滑动提供软垫作用,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,防静电地砖/地毯/地板涂剂,防静电地砖:Static Dissipativ

28、e(静电放电)居多体积电阻选择:106 1012-cm防静电地毯:体积电阻选择:104 109/sq防静电地板涂剂:带导电性居多(Dissipative)必须严格根据涂布方法(即涂布前的清洗、温湿度控制、涂布次数和间隔时间等）以及寿命和清洁方法.表面电阻范围:105 1010/sq 衰减时间(Decay time):0.1sec,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,移動工具應採用有防靜電性能的移動工具採用吊鏈或輪子通過防靜電地板或地墊與地連接與器件接觸部份使用耗散材料,绝缘体很大的体电阻11011导体很小的体电阻1104静电释放材料体电阻

29、1104 11011,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,周轉箱或盒EPA區域內一切贮存、周转敏感器件的容器如转运箱、元器件存放盒等应具备静电防护性能必要时，存放部件用的周转箱或盒应接地(軟接地)移出EPA的容器應採取屏蔽措施，需加蓋形成封閉空間,周轉箱,周轉盒,周轉盒,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,3.中和（離子化）基本原理 電離空氣產生正負離子，中和靜電電荷,做法離子風機、離子風槍、離子吧自感式的離子靜電消除器 在哪裡會採用離子中和方式？,WIESONTechnologie

30、s Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,5.ESD屏蔽基本原理屏蔽靜電場阻隔靜電放電電流通過敏感器件,做法靜電屏蔽材料或屏蔽容器的使用絕緣材料和阻隔結構,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山

31、驊盛,ESD Training,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD防护的方法（原则）“防”-防止静电场

32、，有效抑制或减少静电荷的产生，严格控制静电源“泄”-迅速、安全、有效地消除已产生的静电荷，避免静电荷的积累“控”-对所有防静电措施的有效性进行实施监控，定期检测、维护和检验,ESD Training,ESD敏感度分档的目的:不同的敏感度需要不同的控制做法太多的管制增加成本以及操作困难我们必须在成本、可操作性和效率之间取得平衡所以知道器件的敏感度是重要的！,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,元器件的敏感度分级電子元件根據對ESD的敏感度區分ESDS的等級以下是在HBM、MM和CDM模型下的ESDS的分级,较常用的ESDA标准,MIL-ST

33、D-1686C美国军用标准,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,部份元器件的ESD敏感度,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,HBM的考虑：人体接地的实现以降低人体静电压，一般以100V/35M为基本要求 模式电路模拟带电人体对器件放电的情况,典型参数数据：Cp=50 250pF80%人体容值小于100pFRp=1 5K,典型 rise time:10 nsec典型 decay time:50 300 nsec,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,ESD Training,HBM的模擬電路,WIESONTechnologies Co.,Ltd.,昆山驊盛,Thank You,Automotive Electronic Division,2014,WIESON Kun-Shan,